HashMap底层实现原理

最新推荐文章于 2025-09-12 17:02:52 发布

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#测试 #数据结构与算法

本文详细解析了HashMap的底层实现，包括其数据结构、工作原理、扩容机制及散列算法。通过实现一个简易的HashMap，阐述了如何处理冲突、解决扩容问题以及优化散列过程。

HashMap底层实现

HashMap底层数据结构如下图，HashMap由“hash函数+数组+单链表”3个要素构成

通过写一个迷你版的HashMap来深刻理解

MyMap接口，定义一个接口，对外暴露快速存取的方法，并定义了一个内部接口Entry。

publicinterface MyMap<K,V> {

   public V put(K k, V v);

   public V get(K k);

   publicinterface Entry<K, V>{

       public K getKey();

       public V getValue();

   }

}

MyHashMap接口实现

publicclass MyHashMap<K, V> implementsMyMap<K, V> {

/*HashMap的要素之一就是数组，自然在这里，我们要定义数组，数组的初始化大小，还要考虑扩容的阀值*/

   privatestaticintDEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

   privatestaticfinalfloatDEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

   privateintdefaultInitSize = 1 << 2;

   privatedoubledefaultLoadFactor;

   private Entry<K, V>[] table;

   privateintentryUserSize;

/*MyHashMap构造函数使用到了“门面模式”。这里的2个构造方法其实指向的是同一个，但是对外却暴露了2个“门面”！*/

   public MyHashMap() {

       this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

   }

   public MyHashMap(intdefaultInitsize, doubledefaultLoadFactor) {

       this.defaultInitSize = defaultInitsize;

       this.defaultLoadFactor = defaultLoadFactor;

       table = new Entry[this.defaultInitSize];

   }

/*Put函数，根据Key计算出在Entry[]中的位置index，如果Entry[index]中的元素为null，那么可以放入其中，如果不为空，那么得遍历单链表，key相同时更新value，不相同时形成一个新的Entry“挤压”单链表。

put函数要考虑扩容和冲突问题，对于扩容：HashMap中的Entry的数量（数组以及单链表中的所有Entry）达到阀值，意味着新生成一个Entry数组并重新散列。关于冲突：利用位运算，让hash函数得到的数据散列开来，从而减低了碰撞的概率，当发生冲突时采用单链表解决冲突。*/

@Override

public V put(K k, V v) {

VoldValue = null;

if (entryUserSize > defaultInitSize * defaultLoadFactor) {

reSize();

}

intindex = hash(k) & (defaultInitSize - 1);

if (table[index] == null) {

table[index] = new Entry<K, V>(k, v, null);

entryUserSize++;

}else {

Entry<K,V> entry = table[index];

Entry<K,V> e = entry;

while (e != null) {

if (k == e.getKey() || k.equals(e.getKey())) {

oldValue = e.getValue();

e.value = v;

break;

}

e = e.next;

}

;

table[index] = new Entry<K, V>(k, v, entry);

entryUserSize++;

}

returnoldValue;

}

/*reSize函数,可以看出，对于HashMap而言，如果频繁进行resize操作，是会影响性能的，这个过程中数组变大，原来数组中的entry元素一个个的put到新数组的过程，需要注意的是一些状态变量的改变。*/

privatevoid reSize() {

List<Entry<K,V>> entryList = new ArrayList<Entry<K, V>>();

for (Entry<K, V> entry : table) {

while (entry != null) {

entryList.add(entry);

entry = entry.next;

}

if(entryList.size() > 0){

entryUserSize = 0;

defaultInitSize *= 2;

table = new Entry[defaultInitSize];

for(Entry<K,V> entry : entryList){

put(entry.getKey(),entry.getValue());

}

/*Has函数,要想散列均匀，就得对hash值进行二进制的位运算！*/

privateint hash(K k) {

inth = k.hashCode();

h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

returnh ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

}

/*get函数，需要注意在遍历单链表过程中使用==或者equals来判断下即可。*/

@Override

public V get(K k) {

intindex = hash(k) & (defaultInitSize - 1);

Entry<K,V> entry = table[index];

if (entry == null) {

returnnull;

}

do {

if (k == entry.getKey() || k.equals(entry.getKey())) {

returnentry.getValue();

}

entry = entry.next;

}while (entry != null);

returnnull;

}

/*Entry接口实现*/

publicclass Entry<K, V> implements MyMap.Entry<K, V> {

private K key;

private V value;

private Entry<K, V> next;

public Entry() {

}

public Entry(K key, V value, Entry<K, V> next) {

this.key = key;

this.value = value;

this.next = next;

}

@Override

public K getKey() {

returnkey;

}

@Override

public V getValue() {

returnvalue;

}

单元测试

publicclass MyHashMapTest {

   @Test

   publicvoid test() {

       MyMap<String,String> map = new MyHashMap<String, String>();

       for(inti =0; i < 30; i++)

           map.put("key" + i, "value" + i);

       for(inti =0; i < 30; i++){

           System.out.println("key" + i + ":" + map.get("key" + i));

       }

   }

}

测试结果

key0:value0 key1:value1 key2:value2 key3:value3

key4:value4 key5:value5 key6:value6 key7:value7

key8:value8 key9:value9 key10:value10 key11:value11

key12:value12 key13:value13 key14:value14 key15:value15

key16:value16 key17:value17 key18:value18 key19:value19

key20:value20 key21:value21 key22:value22 key23:value23

key24:value24 key25:value25 key26:value26 key27:value27

key28:value28 key29:value29

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